K čemu jsou potřebné reaktivní formy kyslíku?

Antioxidanty jsou látky, které chrání naše buňky před poškozením reaktivními formami kyslíku (ROS). Takové sloučeniny zahrnují kyslíkové ionty, volné radikály a peroxidy. Jak škodlivé jsou ROS pro člověka a jsou antioxidanty nezbytné?

Dnes je častěji slyšet termín „volné radikály“, ale správnější je používat jednotící název – „reaktivní formy kyslíku“. Nejsou to úplně stejné věci, ale zde je zrovnoprávníme, abychom se nehrabali v chemické struktuře sloučenin. ROS se tvoří přirozeně během různých metabolických procesů v těle. Například při dýchání, aktivním tréninku nebo při trávení potravy. Kromě toho, expozice vnějším faktorům, jako je UV záření, znečištění ovzduší, kouření, záření, alkohol, některé léky a těžké kovy, také aktivují produkci reaktivních forem kyslíku.

Často slýcháme o nebezpečí volných radikálů. Ale lidské tělo je úžasný výtvor přírody. Jelikož se tyto sloučeniny tvoří v našem těle, znamená to, že jsou k něčemu potřebné. Takže díky nim imunitní buňky ničí cizí činitele: mikroorganismy, viry, nádorové buňky, toxiny. Radikály se podílejí na přirozené buněčné smrti (apoptóze) a na různých zánětlivých procesech. Bohužel se na tyto blahodárné vlastnosti často zapomíná.

Samotná produkce reaktivních forem kyslíku je složitý proces. A to se může stát problémem, když jich je příliš mnoho. Začíná proces oxidace a destrukce buněk a extracelulární matrix (mezibuněčný prostor). V budoucnu to může způsobit rozvoj nádorových procesů, předčasné stárnutí a různé záněty.

Naše tělo má vyvinuté obranné mechanismy pro kontrolu hladiny a účinku ROS. Jsou to antioxidanty, které si sami vyrábíme. Rozpustné v tucích čistí tuky v těle, rozpustné ve vodě tekutiny.

Antioxidační systém ochrany před volnými radikály u člověka je víceúrovňový:

• enzymy – superoxiddismutáza, kataláza, glutathionperoxidáza;
• proteiny – ceruloplasmin, transferin, haptoglobin a další;
• nízkomolekulární látky – steroidní hormony (ženské pohlavní hormony), tyroxin, flavonoidy, vitamíny A, E, C a další.

Krevní plazma, tkáňový mok a buňky mají své vlastní neutralizační systémy založené na těchto látkách. S věkem váš vlastní antioxidační systém slábne a volných radikálů přibývá. Co můžete udělat pro udržení nízké hladiny reaktivních forem kyslíku? Pomohou velké dávky konkrétních doplňků stravy?

Odpověď je tato. Naše tělo miluje rovnováhu. A také v množství antioxidantů. Když je jich málo, stávají se dokonce účinnou obranou. Při interakci s volnými radikály tyto látky ztrácejí aktivitu, ale zároveň jsou schopny se vzájemně obnovovat. Maximálního účinku je dosaženo při práci ve dvojicích. Například glutathion obnovuje vitamín C a ten zase pomáhá obnovovat vitamín E. Taková vzájemná pomoc nás ušetří nutnosti užívat velké dávky doplňků stravy s antioxidanty.

Dodržováním správné výživy také snadno vykompenzujete nedostatek neutralizačních látek. Jejich hlavním zdrojem jsou pro nás potravinářské produkty, zejména ty rostlinné. Četné studie zjistily, že ti, kteří jedí více zeleniny, ovoce a bobulovin, mají nízké riziko vzniku kardiovaskulárních onemocnění, rakoviny, šedého zákalu a mrtvice. Množství těchto produktů v denní stravě by mělo být alespoň 400–600 g.

Uveďme si hlavní potravinové rostlinné zdroje antioxidantů.

• Nejbohatší jsou bobule. Dobré jsou čerstvé i sušené. Ty obsahují ještě vyšší obsah antioxidantů. Oblíbené jsou hlavně šípky, borůvky a rybíz. Obsahují flavonoidy, třísloviny, fenolové kyseliny a lignany. Příznivci džemů a zavařenin takové štěstí nemají – obsahují mnohem méně ochranných látek.
• Koření a bylinky jsou také bohaté na antioxidanty. Máta, nové koření, skořice, oregano, tymián, šalvěj, rozmarýn nejen zpestřují chuť jídla, ale prospívají našemu tělu.
• O něco méně ochránců proti oxidaci se nachází v sušeném mangu, olivách a červené řepě. Jablka, citrony, sušené meruňky a sušené švestky vám pomohou obohatit se o užitečné látky.
• Pořádnou dávku antioxidantů získáte z neloupaných ořechů. Mohou to být například lískové ořechy, mandle, vlašské ořechy, arašídy. Slunečnicová semínka mají přibližně stejné výhody.
• Luštěniny a obiloviny, jako je pohanka, ječmen, čočka a fazole, mohou pomoci udržet hladinu antioxidantů.
• Existují i ​​dezerty, které bojují s oxidací v těle. Jedná se především o hořkou a černou čokoládu. Čím více kakaa obsahuje, tím vyšší je obsah antioxidantů.

To vyvolává otázku: pokud mají tyto látky tolik výhod, proč se odborníci stále obávají konkrétních doplňků stravy a proč nefungují jako přírodní antioxidanty?

Studie zahrnující více než 100 tisíc lidí prokázaly, že antioxidační doplňky nesnižují riziko kardiovaskulárních onemocnění a rakoviny. V některých případech může užívání vysokých dávek vést k problémům, například betakaroten zvyšuje u kuřáků riziko rakoviny plic. Předávkování vitamínem E se může stát katalyzátorem rozvoje rakoviny prostaty a hemoragické mrtvice. Také doplňky stravy mohou interagovat s léky – stejný vitamín E může způsobit krvácení u lidí užívajících antikoagulancia. Důvodem nedostatečného účinku z užívání doplňků stravy může být rozdíl v chemické formě antioxidantů v přírodních a syntetických zdrojích. Například potraviny obsahují osm forem vitaminu E, ale doplňky obsahují pouze jednu. Proto je lepší doplňovat zásoby antioxidantů přirozeně, pomocí různých potravin a nezapomínat na zásady zdravé výživy.

Na základě materiálů z webu „ZDRAVÉ POTRAVINY“ (https://healthy-food.rf)

(c) Úřad Federální služby pro dohled nad ochranou práv spotřebitelů a lidským blahobytem v Altajské republice, 2006–2015

Všechna práva k materiálům zveřejněným na webu jsou chráněna v souladu s právními předpisy Ruské federace, včetně autorských práv a souvisejících práv.
Při použití materiálů webu je vyžadován odkaz na zdroj.

Adresa: 649002, Republika Altaj, Gorno-Altaisk, Komunistická třída, 173

Тел .: +7 (38822) 6-43-84

Článek do soutěže “bio/mol/text”: Po dlouhou dobu byly reaktivní formy kyslíku považovány za škodlivé vedlejší produkty metabolismu. Během posledního desetiletí však vědci prokázali, že živé organismy dokážou aktivní kyslík nejen využívat pro své vlastní účely, ale také jej cíleně vyrábět. Nabízí se otázka: je nutné bojovat s reaktivními formami kyslíku pomocí antioxidantů?

Soutěž “bio/mol/text”-2013

Tento článek byl přihlášen do soutěže populárně vědeckých prací „bio/mol/text“-2013 v kategorii „Nejlepší recenze“. Soutěž sponzoruje vizionář Thermo Fisher Scientific. Sponzorem People’s Choice Award je Helicon.

Již řadu let výrobci potravin a kosmetiky mluví o přínosech pro naše zdraví. antioxidanty. V tomto ohledu je v myslích lidí pevně zakořeněn názor, že tyto zázračné látky jsou jakýmsi všelékem na mnoho nemocí a dokonce zabraňují procesu stárnutí. Nedávný výzkum však ukazuje, že vše není tak jednoduché, jak se dříve myslelo. Od vynálezu kyslíkové fotosyntézy modrozelenými bakteriemi [1] žijeme v extrémně agresivním oxidačním prostředí. Je pravda, že kyslík sám o sobě není pro nás, živé organismy, příliš nebezpečný, neboť k tomu, aby došlo k oxidační reakci, je nutné překonat vysokou energetickou bariéru (nebo jinak řečeno, museli bychom být zapáleni). Někdy se však v procesech neúplné oxidace kyslík přeměňuje na takzvané reaktivní druhy (ROS) a pak se tyto molekuly stávají skutečně hrozným oxidačním činidlem, které interaguje s jakoukoli organickou hmotou, se kterou se na cestě setkáte: bílkoviny, tuky, sacharidy, nukleové kyseliny. A v našich buňkách se každou sekundu produkují tisíce takových molekul – jako vedlejší produkty dýchání, reakcí syntézy a rozkladu biomolekul. Naštěstí naše těla mají systémy na ochranu před nežádoucí oxidací. Existují speciální enzymy, které neutralizují reaktivní formy kyslíku a redukují je na vodu. Oxidační poškození proteinů a DNA, které lze ještě zvrátit, je obnoveno speciálními opravnými enzymy a molekuly, které prošly nevratnými změnami, jsou zničeny. Naše tělo je tak obdařeno přírodními antioxidanty a dokáže se postavit samo za sebe. Někdy však antioxidační systémy těla selžou a reaktivní formy kyslíku pak mohou způsobit značné škody. Nebezpečí spočívá také v tom, že proces akumulace oxidačního poškození má pozitivní zpětnou vazbu: poškození molekul odpovědných za regulaci produkce a degradace ROS generuje ještě větší nárůst obsahu ROS v buňce. Je tedy známo, že se stárnutím, úrazy a některými nemocemi (například Alzheimerova a Parkinsonova choroba) se úroveň oxidativního poškození v mozku zvyšuje [2], [3]. Ve světle výše uvedeného je zřejmé, proč lékaři a lékárníci vkládají velké naděje do použití přírodních a syntetických antioxidantů k léčbě (nebo alespoň zmírnění) onemocnění doprovázených oxidativním poškozením tkání. Studie na zvířecích modelech totiž prokázaly, že užívání antioxidantů pomáhá zmírňovat příznaky některých nemocí a může dokonce prodlužovat průměrnou délku života. Takže v laboratoři akademika V.P. Skulachev, byly získány umělé antioxidanty, široce známé jako „Skulachev ionty“ a schopné zabudování do membrán mitochondrií, jednoho z hlavních zdrojů reaktivních forem kyslíku v buňce. Tyto antioxidanty dokázaly zvrátit některé poruchy související se stárnutím u laboratorních zvířat [4]. A přesto se za posledních deset let postoj vědců k reaktivním druhům kyslíku dramaticky změnil. NADPH oxidázy, jehož jedinou funkcí je produkovat reaktivní formy kyslíku pro boj s patogenními organismy. Makrofágy s jeho pomocí „zalévají“ nežádoucí hosty toxickými molekulami superoxidu, peroxidu vodíku, chlornanu atd. při tzv. „oxidační explozi“. Představte si překvapení vědců, když tento enzym a až šest jeho „příbuzných“ (izoforem) bylo nalezeno téměř ve všech tkáních těla! Nyní je známo, že reaktivní formy kyslíku se podílejí na regulaci mnoha procesů v buňce a ovlivňují rychlost buněčného dělení a diferenciace, stejně jako další buněčné funkce. Ironií je, že vývoj „užitečných“ funkcí ROS byl usnadněn vlastnostmi vyplývajícími z jeho toxicity – vysokou schopností interakce s biomolekulami a přítomností systémů pro jeho rychlou destrukci v buňce. Jinými slovy, aktivní kyslík lze použít jako signální maják, který se podle potřeby rychle zapne nebo vypne. Naše tělo se tak naučilo těžit i z tak zdánlivě „škodlivého“ vedlejšího produktu, jako jsou reaktivní formy kyslíku. Jak se taková regulace provádí? Aby naše tělo fungovalo hladce, potřebují si buňky mezi sebou vyměňovat informace prostřednictvím hormonů, růstových faktorů a dalších speciálních molekul. Tyto látky jsou rozpoznávány a vázány receptorovými proteiny, o kterých ty druhé informují buňku prostřednictvím celé kaskády enzymatických reakcí. Zvláštní roli v těchto procesech hrají speciální enzymy – kinázy [5], [6] – reakce fosforylace proteinů. Spočívá v tom, že na některé aminokyselinové zbytky proteinu – tyrosin a serin je navázána fosfátová skupina, což vede k jeho aktivaci nebo naopak potlačení aktivity. Tomuto procesu brání defosforylační reakce prováděná enzymy –fosfatázy a způsobí přesně opačný efekt. Rovnováha těchto dvou reakcí určuje úroveň aktivity regulovaného proteinu v buňce. Například inzulín, hormon zodpovědný za regulaci spotřeby glukózy buňkami, se váže na inzulínové receptory umístěné na povrchu téměř všech buněk v těle, což vede ke vzniku tyrosinkinázové aktivity receptoru. To spouští řetězec enzymatických procesů, v důsledku čehož se zvyšuje počet transportních proteinů glukózy na buněčné membráně a zvyšuje se spotřeba glukózy v buňce [7]. Ukázalo se, že reaktivní formy kyslíku jsou schopny reverzibilně oxidovat cysteinové zbytky v katalytických místech některých fosfatáz a potlačovat jejich aktivitu. To vede k posunu úrovně fosforylace proteinů, které regulují, což samozřejmě ovlivňuje signál přenášený do buňky. Bylo tedy zaznamenáno uvolňování reaktivních forem kyslíku po navázání buněčných inzulínových receptorů a bylo prokázáno, že potlačení jejich produkce přidáním antioxidantů oslabuje účinek hormonu na buňku [7]. Četné studie prokázaly, že reaktivní formy kyslíku se podílejí na syntéze určitých sloučenin (například hormonů štítné žlázy), regulaci pohyblivosti buněk pojivové tkáně, růstu krevních cév a nervových zakončení atd. Dalším nedávno objeveným efektem je účast ROS na regulaci procesů v mozku, které jsou základem učení a paměti. Jak víte, hlavní funkcí nervových buněk je přijímat a přenášet elektrické signály prostřednictvím mezibuněčných kontaktů – synapsí. Právě zde se určuje, zda elektrický signál vstupující z jiného neuronu bude přenášen dále na další neurony, nebo zda zmizí beze stopy. Mozek je přitom dynamická struktura a nejenže se neustále tvoří nové buněčné kontakty a rozpouštějí se nepotřebné buněčné kontakty, ale může se měnit i vodivost samotných synapsí [8]. Bez těchto procesů bychom se nemohli naučit žádné dovednosti nebo si například zapamatovat informace uvedené v tomto článku. Takže v buněčných kulturách a poté ve studiích na modelových zvířatech se ukázalo, že reaktivní formy kyslíku nejen ovlivňují, ale jsou také nezbytné pro regulaci vodivosti synapsí. Nadměrná produkce antioxidačních proteinů u myší tedy vedla u těchto zvířat k rozvoji kognitivní poruchy [9]. * * * V posledních desetiletích se tedy aktivní kyslík v očích vědců proměnil z nebezpečného vedlejšího produktu na důležitou součást buněčných signálních drah. V tomto ohledu musíme přehodnotit svůj postoj k antioxidantům jako bezpodmínečně užitečným látkám, kterých je čím více, tím lépe. Antioxidanty získané konzumací čerstvého ovoce a zeleniny jsou dostatečné pro každodenní potřebu těla. A aktivní používání antioxidantů v medicíně by mělo být léčeno opatrně, přičemž je třeba mít na paměti možné vedlejší účinky v důsledku nadměrného potlačení produkce reaktivních forem kyslíku.

Literatura

1. Dobrovolník fotosyntézy;
2. Marina S. Hernandes, Luiz R. G. Britto. (2012). NADPH oxidáza a neurodegenerace. Aktuální neurofarmakologie. 10321-327;
3. Cynthia A. Massaad, Eric Klann. (2011). Druhy reaktivního kyslíku v regulaci synaptické plasticity a paměti. Antioxidanty a redoxní signalizace. 142013-2054;
4. VP Skulačov. (2007). Biochemický přístup k problému stárnutí: „Megaprojekt“ na iontech pronikající membránou. První výsledky a vyhlídky. Biochemie Moskva. 721385-1396;
5. Receptor pro „gay orientaci“;
6. Mark A. Lemmon, Joseph Schlessinger. (2010). Buněčná signalizace pomocí receptorových tyrosinkináz. Buňka. 1411117-1134;
7. Barry J. Goldstein, Kalyankar Mahadev, Xiangdong Wu, Li Zhu, Hiroyuki Motoshima. (2005). Role inzulinem indukovaných druhů reaktivního kyslíku v inzulínové signalizační dráze. Antioxidanty a redoxní signalizace. 71021-1031;
8. Elementy: „Jaký příspěvek proteinkináza M-zeta k tvorbě paměti?“;
9. Dick Jaarsma, Elize D. Haasdijk, JAC Grashorn, Richard Hawkins, Wim van Duijn a další. al.. (2000). Nadměrná exprese lidské Cu/Zn superoxiddismutázy (SOD1) u myší způsobuje mitochondriální vakuolizaci, axonální degeneraci a předčasnou smrt motoneuronu a urychluje motoneuronové onemocnění u myší s familiární amyotrofickou laterální sklerózou mutant SOD1. Neurobiologie nemoci. 7623-643;
10. S. G. Rhee. (2006). BUNĚČNÁ SIGNALIZACE: H2O2, nezbytné zlo pro buněčnou signalizaci. Věda. 312, 1882-1883.